激光雷達(dá)專項(xiàng)技能學(xué)習(xí)任務(wù)二環(huán)境感知傳感器技術(shù)技能提升說(shuō)到自動(dòng)駕駛，很多朋友都會(huì)想到形形色色的各類傳感器、高精地圖、GPS等，說(shuō)到底自動(dòng)駕駛車型就像一個(gè)全副武裝的戰(zhàn)士般無(wú)懈可擊。而在這其中，激光雷達(dá)則扮演了相當(dāng)重要的角色，那么激光雷達(dá)究竟是怎樣的存在呢？接下來(lái)我們就對(duì)激光雷達(dá)一探始末。學(xué)習(xí)導(dǎo)入LearningObjectives學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)情感目標(biāo)3了解激光雷達(dá)的分類、特點(diǎn)與應(yīng)用。了解激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)與工作原理。能正確進(jìn)行激光雷達(dá)的安裝與標(biāo)定。培養(yǎng)可發(fā)展性的思維。激光雷達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備01激光雷達(dá)應(yīng)用必備技能02CONTENTS目錄1激光雷達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備PartOne激光雷達(dá)（LiDAR）是通過(guò)激光測(cè)距技術(shù)探測(cè)環(huán)境信息的主動(dòng)傳感器的統(tǒng)稱。它利用激光束探測(cè)目標(biāo)，獲得數(shù)據(jù)并生成精確的數(shù)字工程模型。激光雷達(dá)因分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、體積小質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在距離測(cè)量和定位，三維激光雷達(dá)憑借動(dòng)態(tài)三維建模功能廣泛應(yīng)用在機(jī)器人環(huán)境識(shí)別、自動(dòng)駕駛、高精度地圖測(cè)繪等領(lǐng)域。1、分類照旋轉(zhuǎn)方式可以分成:010202固態(tài)激光雷達(dá)相比于傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)，固態(tài)激光雷達(dá)主要具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有——分辨率高、裝調(diào)效率高、測(cè)距遠(yuǎn)以及成本低。分辨率高主要是因?yàn)楣虘B(tài)激光雷達(dá)采用了連續(xù)掃描的方式，固態(tài)激光雷達(dá)的垂直和水平角分辨率在低幀率下可以達(dá)到0.03°01機(jī)械式激光雷達(dá)機(jī)械式激光雷達(dá)通過(guò)機(jī)械式旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)激光掃描；多束激光豎列而排，縱向疊加后呈現(xiàn)出三維立體圖形。1、分類按照激光束的多少分:010202多線束激光雷達(dá)一次掃描可產(chǎn)生多條掃描線。01單線束激光雷達(dá)單線束激光雷達(dá)一次掃描只產(chǎn)生一條掃描線。所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)。2、特點(diǎn)010203①分辨率高②低空探測(cè)性能好③體積小、質(zhì)量輕2、特點(diǎn)工作時(shí)受天氣和大氣影響大。激光一般在晴朗的天氣里衰減較小，傳播距離較遠(yuǎn)。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。序號(hào)指標(biāo)機(jī)械式激光雷達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)1探測(cè)距離范圍0.5~200m0.5~200m2測(cè)距精度2cm＜5cm3回波強(qiáng)度不低于8bits不低于8bits4水平視場(chǎng)360°＞100°5垂直視場(chǎng)＞500kHz＞500kHz6測(cè)量幀頻10~20Hz10~20Hz7距離分辨率＜5mm＜5mm8水平分辨率＜0.1°＜0.1°9掃描線束不低于32線束不低于8線束10通信接口Ethernet，PPSEthernet，PPS11工作溫度-40℃~+85℃-40℃~+85℃12相對(duì)濕度0~95%0~95%13防護(hù)等級(jí)不低于IP65不低于IP6514供電電源9~32VDC9~32VDC3、應(yīng)用前景C激光雷達(dá)智能感知系統(tǒng)B激光雷達(dá)與攝像頭底層融合A激光雷達(dá)固態(tài)化4、激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)（1）機(jī)械激光傳感器結(jié)構(gòu)4、激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來(lái)，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測(cè)量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時(shí)間。因?yàn)楣饷}沖以光速傳播，所以接收器總會(huì)在下一個(gè)脈沖發(fā)出之前收到前一個(gè)被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的坐標(biāo)X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個(gè)脈沖到每秒幾萬(wàn)個(gè)脈沖。4、激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)（2）多線混合固態(tài)激光雷達(dá)的構(gòu)造5、激光雷達(dá)工作原理（1）激光脈沖測(cè)距測(cè)距儀發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射，光脈沖回到測(cè)距儀接收系統(tǒng)。測(cè)量發(fā)射和接收光脈沖的時(shí)間間隔，即光脈沖在待測(cè)距離上的往返傳播時(shí)間，然后根據(jù)光速計(jì)算出距離。（2）激光相位測(cè)距對(duì)發(fā)射的激光強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)的調(diào)制，測(cè)定調(diào)制光往返過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的相位變化，從而間接測(cè)量出傳播時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出距離。激光測(cè)距技術(shù)2激光雷達(dá)應(yīng)用必備技能PartTwo1、安裝為自動(dòng)駕駛車輛服務(wù)的激光雷達(dá)，目前多數(shù)還只能在車身上尋找不太突兀的地方安放。固態(tài)激光雷達(dá)的小尺寸足以讓其很好滴隱蔽在車輛隔柵之中。（2）臺(tái)架安裝①確定激光雷達(dá)的安裝高度以及安裝俯仰角度（激光雷達(dá)安裝的俯仰角度為180°，橫擺角為0°，側(cè)傾角為0°，安裝高度根據(jù)前方障礙物高度進(jìn)行調(diào)整，橫向安裝位置為車輛正中央軸線上）。（a）橫擺角（b）側(cè)傾角（c）俯仰角②將激光雷達(dá)電源及控制線束與其他功能部件連接。③接通電源，激光雷達(dá)安裝完畢。2、標(biāo)定激光雷達(dá)標(biāo)定的目的是求解激光雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系相對(duì)于其他測(cè)量坐標(biāo)系的相對(duì)變換關(guān)系，以便獲取障礙物相對(duì)本車的距離、速度、角度等信息。以單線激光雷達(dá)掃描為例，介紹激光雷達(dá)安裝在真實(shí)車輛中的標(biāo)定原理。選定車體坐標(biāo)X軸為激光雷達(dá)掃描角度為零時(shí)車體的指向，Z軸指向車體上方，XYZ軸構(gòu)成右手系，單線激光雷達(dá)所有的掃描點(diǎn)在同一個(gè)幾何平面S上，將掃描點(diǎn)P投影到坐標(biāo)面和坐標(biāo)軸。具體標(biāo)定步驟：（1）在工作區(qū)放置工作牌，將激光雷達(dá)安裝在支架上，注意平整與無(wú)遮擋。（2）將激光雷達(dá)的USB接口與實(shí)驗(yàn)臺(tái)USB接口連接。（3）打開(kāi)計(jì)算機(jī)的“設(shè)備管理器”，查看連接硬件的識(shí)別端口。（4）深圳速騰提供RSVIEW軟件讀取設(shè)備參數(shù)，根據(jù)硬件識(shí)別端口進(jìn)行設(shè)置。也可以使用其他定制軟件。（5）單擊“command-scan"啟動(dòng)激光雷達(dá)掃描。（6）在雷達(dá)正前方放置模擬目標(biāo)，觀察掃描的點(diǎn)云圖像、角度與距離信息。（7）移動(dòng)物體，觀察點(diǎn)云變化，并記錄。（8）單擊“setmotorPWM”，調(diào)節(jié)激光雷達(dá)轉(zhuǎn)速。（9）連接示波器。（10）根據(jù)激光雷達(dá)接口及定義，測(cè)試激光雷達(dá)供電電壓值:（11）測(cè)試激光雷達(dá)輸出、輸人信號(hào)波形（比特率256ki/s），并記錄。（12）測(cè)試激光雷達(dá)PWM脈沖調(diào)制波形，并記錄。（13）清理實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。3、測(cè)試：比較重要的激光雷達(dá)測(cè)評(píng)參數(shù)包括：（1）最大測(cè)距為最初看到采樣目標(biāo)的距離；（2）檢測(cè)距離為檢測(cè)到有效目標(biāo)時(shí)的距離；（3）分類距離為能夠?qū)④囕v等目標(biāo)與其他物體分離出來(lái)的距離；（4）最佳分類距離為能夠?qū)⒛繕?biāo)的形狀識(shí)別出來(lái)的最佳距離。Summary小結(jié)激光雷達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)